過程控制工程設(shè)計(jì)

1、過程控制工程設(shè)計(jì),200KW螺旋槳模擬負(fù)載裝置,過程控制工程設(shè)計(jì),第2章 管道儀表流程圖,3,§2 管道儀表流程圖（P&ID:Process and Instrument drawing）,§2-1 控制方案的確定§2-2 圖例符號的統(tǒng)一規(guī)定§2-3 管道儀表流程圖（P&ID）的繪制,4,管道儀表流程圖（P&ID）的繪制是自控工程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，雖然在設(shè)計(jì)新體

2、制中，各版管道儀表流程圖（P&ID）并不歸在自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)文件內(nèi)，但它仍是整個(gè)自控設(shè)計(jì)的龍頭。 所以，自控設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真仔細(xì)地配合工藝、系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員完成管道儀表流程圖（ P&ID）。,§2 管道儀表流程圖（P&ID）,工藝專業(yè)：工藝流程圖（PFD）自控專業(yè)：工藝控制流程圖（PCD）系統(tǒng)專業(yè)：管道儀表流程圖（P&ID）,5,§2-1 控制方案的確定

3、,要進(jìn)行生產(chǎn)過程的自控設(shè)計(jì)，必須先要了解生產(chǎn)過程的構(gòu)成及特點(diǎn)。 現(xiàn)以化工生產(chǎn)過程為例來說明。 化工生產(chǎn)過程的構(gòu)成可由圖2-1表示。,1 主體——化學(xué)反應(yīng)過程。2 化學(xué)反應(yīng)過程中所需的化工原料，首先送入輸入設(shè)備。然后將原料送入前處理過程，對原料進(jìn)行分離或精制，使它符合化學(xué)反應(yīng)對原料提出的要求和規(guī)格。3 化學(xué)反應(yīng)后的生成物進(jìn)入后處理過程，在此將半成品提純?yōu)楹细竦漠a(chǎn)品并回收未反應(yīng)的原料和副產(chǎn)品，

4、然后進(jìn)入輸出設(shè)備中貯存。4 同時(shí)為了化學(xué)反應(yīng)及前、后處理過程的需要，還有從外部提供必要的水、電、汽以及能量等能源的公用工程。有時(shí)，還有能量回收和三廢處理系統(tǒng)等附加部分。,提純回收,分離精制,7,化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn)：（1） 產(chǎn)品從原料加工到產(chǎn)品完成，流程都較長而復(fù)雜，并伴有副反應(yīng)。（2）工藝內(nèi)部各變量間關(guān)系復(fù)雜，操作要求高。（3）關(guān)鍵設(shè)備停車會影響全廠生產(chǎn)。（4）大多數(shù)物料是以液體或氣體狀態(tài)，在密閉的管道、反應(yīng)器、塔與熱交換器等

5、內(nèi)部進(jìn)行各種反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)等過程。 這些過程經(jīng)常在高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有腐蝕、有刺激性臭味等條件下進(jìn)行。,8,控制方案的正確確定應(yīng)當(dāng)在與工藝人員共同研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行。要把自控設(shè)計(jì)提到一個(gè)較高的水平，自控設(shè)計(jì)人員必須：一、熟悉工藝，這包括了解生產(chǎn)過程的機(jī)理，掌握工藝的操作條件和物料的性質(zhì)等。二、應(yīng)用控制理論與過程控制工程的知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工藝情況確定所需的控制點(diǎn)，并決定整個(gè)工藝流程的控制方案

6、。 控制方案的確定主要包括以下幾方面的內(nèi)容： (1) 正確選定所需的檢測點(diǎn)及其安裝位置； (2) 合理設(shè)計(jì)各控制系統(tǒng)，選擇必要的被控變量和恰當(dāng)?shù)牟倏v變量； (3) 生產(chǎn)安全保護(hù)系統(tǒng)的建立，包括聲、光信號報(bào)警系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)及其他保護(hù)性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在控制方案的確定中還應(yīng)處理好以下幾個(gè)關(guān)系。,9,1．可靠性與先進(jìn)性的關(guān)系 在控制方案確定時(shí)，首先

7、應(yīng)考慮到它的可靠性，否則設(shè)計(jì)的控制方案不能被投運(yùn)、付之實(shí)踐，將會造成很大的損失。 在設(shè)計(jì)過程中，將會有兩類情況出現(xiàn)，一類是設(shè)計(jì)的工藝過程已有相同或類似的裝置在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中。此時(shí)，設(shè)計(jì)人員只要深入生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，吸收現(xiàn)場成功的經(jīng)驗(yàn)與原設(shè)計(jì)中不足的教訓(xùn)，其設(shè)計(jì)的可靠性是較易保證的。 另一類是設(shè)計(jì)新的生產(chǎn)工藝，則必須熟悉工藝，掌握控制對象，分析擾動因素，并在與工藝人員密切配合下，確定

8、合理的控制方案。 可靠性是一個(gè)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素，但是從發(fā)展的眼光看，要推動生產(chǎn)過程自功化水平不斷提高，使生產(chǎn)過程處在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，先進(jìn)性將是衡量設(shè)計(jì)水平的另一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。,10,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)成功地應(yīng)用于生產(chǎn)過程的控制后，除了常規(guī)的單回路、串級、比值、均勻、前饋、選擇性等控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用外， 一些先進(jìn)的控制算法，如純滯后補(bǔ)償、解耦、推斷、預(yù)測、自適應(yīng)、最優(yōu)等也能借助于計(jì)算機(jī)的靈活、豐

9、富的功能，較為容易地在過程控制中實(shí)現(xiàn)。 況且，近年來人們對生產(chǎn)過程的認(rèn)識逐步深化，人工智能的研究卓有成效，這些都為自動化水平的進(jìn)一步提高創(chuàng)造了有利條件。所以，在考慮自控方案時(shí)，必須處理好可靠性與先進(jìn)性之間的關(guān)系，一般來說，可以采用以下兩種方法： 一種是留有余地，為下步的提高水平創(chuàng)造好條件。也就是在眼前設(shè)計(jì)時(shí)要為將來的提高工作留出后路，不要造成困難。 另一種

10、是做出幾種設(shè)計(jì)方案，可以先投運(yùn)簡單方案，再投運(yùn)下一步的方案。采用DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)后，完全可以通過軟件來改變方案，這為方案的改變提供了有利的條件。,11,2．自控與工藝、設(shè)備的關(guān)系 要使自控方案切實(shí)可行，自控設(shè)計(jì)人員熟悉工藝，并與工藝人員密切配合是必不可少的。 然而，目前大多數(shù)是先定工藝，再確定設(shè)備，最后再配自控系統(tǒng)。由工藝方面來決定自控方案，而自動化方面的考慮不能影響到工藝設(shè)計(jì)

11、的做法是較為普遍的狀況。從發(fā)展的觀點(diǎn)來看，自控人員長期處于被動狀態(tài)并不是正常的現(xiàn)象。工藝、設(shè)備與自控三者的整體化將是現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的標(biāo)志。 3．技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的關(guān)系 設(shè)計(jì)工作除了要在技術(shù)上可靠、先進(jìn)外，還必須考慮到經(jīng)濟(jì)上的合理性。過程中應(yīng)在深入實(shí)際調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性的比較。,12,§2-2 圖例符號的統(tǒng)一規(guī)定（重點(diǎn)）,在自控工程設(shè)計(jì)的圖紙上，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，均有統(tǒng)一規(guī)定的圖例、符號。在

12、本節(jié)把行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《過程檢測和控制系統(tǒng)用文字代號和圖形符號》（HG 20505－92）中的一些主要內(nèi)容作簡要介紹，這些文字代號和圖形符號主要用于工藝控制流程圖（PCD）、管道儀表流程圖（P&ID）。另外在新體制的設(shè)計(jì)規(guī)定中，專有一個(gè)分規(guī)定“自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)用圖形符號和文字代號”（HG/T 20637.2），列出了： ①儀表回路圖圖形符號；②邏輯圖圖形符號；③儀表位置圖圖形符號； ④半模擬流程圖和過程顯示

13、圖形符號；⑤儀表常用電器設(shè)備圖形符號和文字代號；⑥其他常用文字代號。 這些內(nèi)容主要用于化工裝置自控工程設(shè)計(jì)的儀表回路圖、儀表位置圖、儀表電纜橋架布置總圖、儀表電纜（管纜）及橋架布置圖、現(xiàn)場儀表配線圖、邏輯圖、半模擬流程圖和DCS過程顯示、儀表常用電器設(shè)備等圖形符號的繪制。,13,一、儀表位號（重點(diǎn)） 在檢測、控制系統(tǒng)中，構(gòu)成一個(gè)回路的一組工業(yè)自動化儀表，其中每個(gè)儀表（或元件）都用儀表位號

14、來標(biāo)識。1. 儀表位號的組成： 儀表位號由字母代號組合和回路編號兩部分組成， 儀表位號中的第一位字母表示被測量，后繼字母表示儀表的功能； 回路的編號由工序號和順序號組成，一般用三位至五位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，如下所示。,溫度記錄與控制儀表,14,2.儀表位號按被測變量不同進(jìn)行分類： 即同一個(gè)裝置（或工序）的同類被測變量的儀表位號中順序編號是連接的，但允許中間有空號；

15、 不同被測變量的儀表位號不能連續(xù)編號。 3.儀表位號在管道儀表流程圖和系統(tǒng)圖中的標(biāo)注方法是： 字母代號填寫在儀表圓圈的上半圓中；回路編號填寫在下半圓中，如圖2-2所示。 圖中(a)表示安裝在集中儀表盤面上的位號為TRC-131的溫度記錄與控制儀表，(b)表示就地安裝的位號為PI-1201的壓力指示儀表。,15,4. 在編制儀表位號中，還有一些具體的規(guī)定。（1

16、）多機(jī)組的儀表位號一般按順序編制，而不用同一位號加尾綴的方法。（2） 如果同一儀表回路中有兩個(gè)以上相同功能的儀表，可用儀表位號加尾綴（大寫英文字母）的方法加以區(qū)別。例如：FT-201A、FT-201B表示同一回路內(nèi)的兩臺流量變送器；用FV-201A、FV-201B表示同一回路內(nèi)的兩臺控制閥。（3）當(dāng)屬于不同工序的多個(gè)檢測元件共用一臺顯示儀表時(shí)，顯示儀表位號在回路編號中不表示工序號，只編制順序號；在顯示儀表回路編號后加阿拉伯?dāng)?shù)字順序號

17、尾綴的方法表示檢測元件的儀表位號。例如：多點(diǎn)溫度指示儀的儀表位號為TI-1，相應(yīng)的檢測元件儀表位號為TE-1,TE-2,……。,16,（4） 當(dāng)一臺儀表由兩個(gè)或多個(gè)回路共用時(shí)，各回路的儀表位號都應(yīng)標(biāo)注，例如：一臺雙筆記錄儀記錄流量和壓力時(shí)，儀表位號為FR-121/PR-131，若用于記錄兩個(gè)回路的壓力時(shí)，儀表位號應(yīng)為PR-123/PR124或PR-123/124。（5） 儀表位號的第一位字母代號（或者是被測變量和修飾字母的組合）只能按

18、被測變量來選用，而不是按照儀表的結(jié)構(gòu)或被控變量來選用。例如： 當(dāng)被測變量為流量時(shí)，差壓式記錄儀應(yīng)標(biāo)注FR，而不是FDR，控制閥應(yīng)標(biāo)注FV； 當(dāng)被測變量為壓差時(shí)，差壓式記錄儀應(yīng)標(biāo)注PDR，控制閥應(yīng)標(biāo)注PDV。,17,（6） 儀表位號中表示功能的后繼字母，是按照讀出或輸出功能而不是按照被控變量選用，后繼字母應(yīng)按IRCTQSA的順序標(biāo)注。（7） 儀表位號的功能字母代號最多不要超過四個(gè)字母。

19、 一臺儀表具有指示、記錄功能時(shí)，儀表位號的功能字母只標(biāo)注字母“R”，而不標(biāo)注字母“I”。 一臺儀表具有開關(guān)、報(bào)警功能時(shí)，只標(biāo)注字母代號“A”，而不標(biāo)注“S”。當(dāng)字母“SA”出現(xiàn)時(shí)，表示這臺儀表具有聯(lián)鎖和報(bào)警功能。 一 臺儀表具有多功能時(shí)，可以用多功能字母代號“U” 標(biāo)注。 也可以將儀表的功能字母代號分組進(jìn)行標(biāo)注。例如：一個(gè)溫度控制器帶有溫度開關(guān)，則可用兩個(gè)相

20、切的圓圈分別填入TIC-301和TS-301來表示。,18,二、文字代號 表2-1列出了儀表位號中表示被測變量和儀表功能的字母代號，并在附注中進(jìn)行了必要的說明。 表2-2列出了常用被測變量及儀表功能字母組合的示例。,表2-1 儀表位號中表示被測量和儀表功能的字母代號,注：表中字母組合示例，僅例舉一部分； ① A報(bào)警（信號裝置），可以采用與表中S開關(guān)（驅(qū)動裝置）相同的字母組合

21、方式； ② 在含義不確切時(shí)，字母H和L可暫不標(biāo)注。,22,三、圖形符號 過程檢測和控制系統(tǒng)的圖形符號，一般來說包括測量點(diǎn)、連接線（引線、信號線）和儀表圓圈三部分組成。 (一)測量點(diǎn) 測量點(diǎn)（包括檢出元件）是由過程設(shè)備或管道符號引到儀表圓圈的連接引線的起點(diǎn)，一般無特定的圖形符號，如圖2-3所示。,23,必要時(shí)，檢出元件或檢出儀表可以用一些專門的圖形符號表示，如圖2-4所示。,24

22、,（二）連接線圖形符號 儀表圓圈與過程測量點(diǎn)的連接引線，通用的儀表信號線和能源線的符號是細(xì)實(shí)線。如圖2-5所示。1.當(dāng)有必要標(biāo)注能源類別時(shí)，可采用相應(yīng)的縮寫字標(biāo)注在能源線符號之上。例如AS-0.14為0.14MPa的空氣源，ES-24DC為24V的直流電源。 2. 當(dāng)通用的儀表信號線為細(xì)實(shí)線可能造成混淆時(shí)，通用信號線符號可在細(xì)實(shí)線上加斜短劃線（斜短劃線與細(xì)實(shí)線成45o角）。 當(dāng)有必要區(qū)分信號

23、線的類別時(shí)，還可以專門的圖形符號來表示，如圖2-6所示。 3.在復(fù)雜系統(tǒng)中，當(dāng)有必要表明信息流動的方向時(shí)，應(yīng)在信號線符號上加箭頭。圖2-7所示為通用信號線上加箭頭的情況。,25,4.連接線的交叉和連接線的相接圖形符號有兩種方式，在同一個(gè)工程中只能任選一種。圖2-8所示為連接線的交叉為斷線；連接線相接不打點(diǎn)。而圖2 -9所示為連接線的交叉不斷線；連接線相接則需打點(diǎn)。,26,(三) 儀表圖形符號 1. 常規(guī)儀表圖形符號

24、 儀表圖形符號是直徑為12mm（或10mm）的細(xì)實(shí)線圓圈。儀表位號的字母或阿拉伯?dāng)?shù)字較多，圓圈不能容納時(shí)，可以斷開，如圖2-10所示。 處理兩個(gè)或多個(gè)變量（而不采用多變量字母U標(biāo)注），或處理一個(gè)變量但有多個(gè)功能的復(fù)式儀表，可用相切的儀表圓圈表示，如圖2-11所示。,27,當(dāng)兩個(gè)測量點(diǎn)引到一臺復(fù)式儀表上，而兩個(gè)測量點(diǎn)在圖紙上距離較遠(yuǎn)或不在同一張圖紙上，則分別用圖2-12的兩個(gè)相切的實(shí)線圓圈

25、和虛線圓圈表示。,28,2．分散控制系統(tǒng)(DCS)儀表圖形符號 分散控制系統(tǒng)儀表圖形符號是直徑為12mm（或10mm）的細(xì)實(shí)線圓圈，外加與圓圈相切的細(xì)實(shí)線方框，如圖2-13所示。 作為分散控制系統(tǒng)一個(gè)部件的計(jì)算機(jī)功能圖形符號，是對角線長為12mm（或10mm）的細(xì)實(shí)線六邊形，如圖2-14所示。,分散控制系統(tǒng)內(nèi)部連接的可編程序邏輯控制器功能圖形符號如圖2-15所示，外四方形邊長為12

26、mm（或10mm）。（四）表示儀表安裝位置的圖形符號 表2－3所示為儀表安裝位置的圖形符號。,29,(五） 控制閥的圖形符號 控制閥的圖形符號分別如表2-4、 表2-5和表2-6所示。,32,FO,FC,FL,FI,33,§2-3 管道儀表流程圖（P&ID）的繪制,1. 根據(jù)工藝專業(yè)提出的工藝流程圖（PFD），以及有關(guān)的工藝參數(shù)、條件等情況，按照本章第一節(jié)的原則，可確定全工藝過

27、程的自控方案。 2. 運(yùn)用本章第二節(jié)的圖例符號的統(tǒng)一規(guī)定，在工藝流程圖上按其流程順序標(biāo)注控制點(diǎn)和控制系統(tǒng)，繪制工藝控制流程圖（PCD）。 3. 把工藝控制流程圖（PCD）提交給系統(tǒng)專業(yè)，由系統(tǒng)專業(yè)隨著工程設(shè)計(jì)的深入進(jìn)行，繪制出各版管道儀表流程圖（P&ID）。,34,在繪制工藝控制流程圖時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)與工藝專業(yè)人員共同研究確定。自控 設(shè)計(jì)人員必須學(xué)習(xí)必要的工

28、藝知識，例如生產(chǎn)過程的機(jī)理，工藝操作條件，原料、產(chǎn)品、半成品的物理化學(xué)特性，主要管線的敷設(shè)情況，以及生產(chǎn)過程的安全措施等，以便與工藝人員共同討論建立控制點(diǎn)的依據(jù)，合理地確定被控變量，操縱變量和控制點(diǎn)，確定控制方案和儀表選型。2. 圖中的圖例符號、文字、線條應(yīng)符合《過程檢測和控制系統(tǒng)用文字代號和圖形符號》（HG 20505－92）規(guī)定或有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。3.檢測、控制點(diǎn)的功能要與工藝條件一致，位號與自控設(shè)備表相符。4.檢測點(diǎn)及執(zhí)行器的位